W starożytnej Grecji filozofowiezgadł o wewnętrznej strukturze materii. A pierwsze modele struktury atomowej pojawiły się na początku XX wieku. Hipoteza J. Thomsona nie została krytycznie przyjęta przez społeczność naukową - w końcu wysunięto już różne teorie na temat tego, co znajduje się w najmniejszych cząsteczkach materii.
Do XIX wieku naukowcy zakładali, że atomjest niepodzielny. Wszystko zmieniło się jednak po tym, jak Joseph Thomson odkrył elektron w 1897 roku - stało się jasne, że naukowcy się mylili. Oba modele atomów Thomsona i Rutherforda zostały przedstawione na początku ubiegłego wieku. Pierwszym modelem był W. Thomson, który zasugerował, że atom jest wiązką materii o dodatnim ładunku elektrycznym. Wewnątrz tej wiązki znajdują się równomiernie rozmieszczone elektrony - dlatego model ten nazwano „babeczką”. Rzeczywiście, zgodnie z nim, elektrony w materii są ułożone jak babeczki w rodzynkach. Inną nieoficjalną nazwą tego modelu jest budyń z rodzynkami.
Ten model został opracowany jeszcze bardziej szczegółowo.J.J. Thomson. W przeciwieństwie do W. Thomsona założył, że elektrony w atomie znajdują się dokładnie na tej samej płaszczyźnie, co są koncentrycznymi pierścieniami. Pomimo równego znaczenia modeli atomowych Thomsona i Rutherforda dla ówczesnej nauki, warto zauważyć, że między innymi J. Thomson jako pierwszy zaproponował metodę określania liczby elektronów wewnątrz atomu. Jego metoda opierała się na rozpraszaniu promieniowania rentgenowskiego. J. Thomson zasugerował, że to elektrony są cząstkami, które powinny znajdować się w centrum rozpraszania promieni. Ponadto to Thomson był naukowcem, który odkrył elektrony. We współczesnych szkołach wraz z badaniem jego odkryć rozpoczyna się badanie przebiegu mechaniki kwantowej.
Jednak w porównaniu z modelem Rutherforda, modelAtom Thomsona miał jedną istotną wadę. Nie potrafiła wyjaśnić dyskretnej natury promieniowania atomu. Niemożliwe było, by pomogła cokolwiek powiedzieć o przyczynach stabilności atomu. Zostało to ostatecznie obalone, gdy przeprowadzono słynne eksperymenty Rutherforda. Model atomu Thomsona był nie mniej cenny dla nauki tamtych czasów niż inne hipotezy. Należy pamiętać, że wszystkie dostępne wówczas modele były czysto hipotetyczne.
W latach 1906–1909 G. Geiger, E. Marsen i E.Rutherford przeprowadził eksperymenty, w których cząstki alfa zostały rozproszone na powierzchni złotej folii. W skrócie modele atomów Thomsona i Rutherforda opisano poniżej. W modelu Thomsona elektrony są rozmieszczone nierównomiernie w atomie, aw teorii Rutherforda obracają się w płaszczyznach koncentrycznych. Czynnikiem wyróżniającym w eksperymencie Rutherforda było użycie cząstek alfa zamiast elektronów. Cząstki alfa, w przeciwieństwie do elektronów, miały znacznie większą masę i nie ulegały znacznym odchyleniom, gdy zderzały się z elektronami. Dlatego naukowcy mieli okazję zarejestrować tylko te zderzenia, które miały miejsce z dodatnio naładowaną częścią atomu.
Этот опыт имел решающее значение для науки.Dzięki niemu naukowcy mogli uzyskać odpowiedzi na pytania, które pozostały tajemnicą dla autorów różnych modeli atomu. Thomson, Rutherford i Bohr, chociaż mieli tę samą bazę, jednak wnieśli nieco inny wkład w naukę - a wyniki eksperymentów Rutherforda w tym przypadku były niesamowite. Ich wyniki były wprost przeciwne do oczekiwań naukowców.
Większość cząstek alfa przeszła przez arkuszfolię wzdłuż prostych (lub prawie prostych) ścieżek. Jednak trajektorie niektórych cząstek alfa odbiegały pod znacznymi kątami. Był to dowód na to, że w atomie istniała formacja o bardzo dużej gęstości, która miała ładunek dodatni. W 1911 roku na podstawie danych doświadczalnych zaproponowano model budowy atomu Rutherforda. Thomson, którego teoria była wcześniej uważana za dominującą, w tym czasie kontynuował pracę w laboratorium Cavendish University. Do końca życia naukowiec nadal wierzył w istnienie mechanicznego eteru, pomimo wszystkich ówczesnych sukcesów w badaniach naukowych.
Podsumowując wyniki eksperymentów, ErnestRutherford przedstawił główne założenia swojej teorii: według niej atom składa się z ciężkiego i gęstego jądra o bardzo małych wymiarach; wokół tego jądra znajdują się elektrony w ciągłym ruchu. Promienie orbitalne tych elektronów są również małe: wynoszą 10-9 m. Model ten został nazwany „planetarnym” ze względu na podobieństwo do modelu Układu Słonecznego. W nim planety poruszają się po eliptycznych orbitach wokół ogromnego i masywnego środka grawitacyjnego - Słońca.
Elektrony obracają się w atomie z takim gigantemprędkość, która tworzy wokół powierzchni atomu coś w rodzaju chmury. Zgodnie z teorią Rutherforda atomy znajdują się w pewnej odległości od siebie, co pozwala im się nie sklejać. Wszakże wokół każdego z nich znajduje się ujemnie naładowana powłoka elektronowa.
Jakie są główne różnice między nimi?najważniejsze teorie budowy atomu? Rutherford założył, że w centrum atomu znajduje się jądro z dodatnim ładunkiem elektrycznym, którego objętość w porównaniu z wielkością atomu jest znikoma. Thomson założył jednak, że cały atom jest formacją o dużej gęstości. Drugą ważną różnicą było zrozumienie położenia elektronów w atomie. Według Rutherforda krążą wokół jądra, a ich liczba jest w przybliżeniu równa ½ masy atomowej pierwiastka chemicznego. W teorii Thomsona elektrony wewnątrz atomu są nierównomiernie rozmieszczone.
Jednak pomimo wszystkich zalet,moment teoria Rutherforda zawierała jedną ważną sprzeczność. Zgodnie z prawami klasycznej elektrodynamiki, elektron krążący wokół jądra musiał stale emitować porcje energii elektrycznej. Z tego powodu promień orbity, po której porusza się elektron, musiał stale emitować promieniowanie elektromagnetyczne. Zgodnie z tymi koncepcjami czas życia atomu powinien być znikomy.
Najczęściej, gdy mówią o otwarciu wnętrzabudowy atomu, wymieniają nazwiska Thomson i Rutherford. Eksperymenty Rutherforda, których model atomu jest obecnie znany każdemu studentowi wydziałów fizyki i matematyki na uniwersytetach, są obecnie częścią historii nauki. Kiedy Rutherford dokonał swojego odkrycia, wykrzyknął: „Teraz wiem, jak wygląda atom!” Jednak w rzeczywistości się mylił, ponieważ prawdziwy obraz stał się znany naukowcom znacznie później. Chociaż model Rutherforda z biegiem czasu przeszedł znaczne korekty, jego znaczenie pozostało niezmienione.
Jednak oprócz modeli atomu Thomsona iRutherford, istniała inna teoria wyjaśniająca wewnętrzną strukturę tych maleńkich cząstek materii. Należy do Nielsa Bohra, duńskiego fizyka, który zaproponował swoje wyjaśnienie w 1913 roku. Zgodnie z jego modelem elektron w atomie nie podlega standardowym prawom fizyki. To Bohr był naukowcem, który wprowadził do nauki pojęcie związku między promieniem orbity elektronu a jego prędkością.
W procesie tworzenia swojej teorii Bohr wziąłpodstawa modelu Rutherforda poddała go jednak znacznemu udoskonaleniu. Modele atomów Bohra, Rutherforda i Thomsona mogą wydawać się teraz nieco proste, ale stanowiły podstawę współczesnych idei dotyczących wewnętrznej struktury atomu. Obecnie powszechnie przyjmuje się kwantowy model atomu. Pomimo tego, że mechanika kwantowa nie potrafi opisać ruchu planet Układu Słonecznego, pojęcie orbity wciąż pozostaje w teoriach opisujących wewnętrzną strukturę atomu.
